一种备胎坑形貌的优化方法与流程

本发明属于汽车技术领域，更具体地说，尤其涉及一种备胎坑形貌的优化方法。

背景技术：

形貌优化是一种形状最佳化的方法，即在板型结构中寻找最优加强筋分布的概念方法，在减轻结构重量的同时，提高结构强度，满足频率等要求。

轿车车身后地板是白车身下车体的重要组成部分，主要承受着运动中产生的震动和冲击，容易产生振动噪声、板件撕裂等现象，对行车安全以及乘员舒适性有重要的影响。因此，要求地板具有良好的结构刚强度以及模态性能。地板的模态性能是通过压制加强筋等方法来保证的，通过后地板的加强筋优化设计，以提高车身的模态性能。

目前工程界对后地板形貌的优化方法主要是在原来结构的基础上进行优化，只针对某一薄弱的性能进行优化，容易出现反复设计或者性能设计过剩等问题。且一种性能只能得到一种最佳优化结果。一般来说不同的载荷工况将得到不同的优化结果，在多个性能优化中由于各性能之间很难同时得到最优化，各目标的解有时经常出现对立局面，所以要求得一个全局最佳解是很难的。

在实际工程应用中，汽车在行驶过程中会遇到多种工况。汽车在满足静态刚度的同时，还要考虑汽车在运动状态下受到的颠簸、冲击等一系列强度工况。因此在实际工程运用过程中必须同时考虑多个目标函数以及多个约束的情况，并且要充分考虑多个性能之间的耦合、制约以及其协同效应。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，为了解决单一工况下计算周期长、存在过盈设计、不同性能之间的相互制约现象，而提出的一种备胎坑形貌的优化方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种备胎坑形貌的优化方法，包括如下步骤：

s1.进行有限元模型搭建：

采用前处理软件进行有限元网格的划分，划分完有限元网格后定义模型材料、厚度、连接，建立车身结构有限元模型；

s2.截取仿真分析模型：

对模型规模进行截取，截取备胎坑及其周边件的局部结构有限元模型；

s3.进行自由模态计算：

对截取后的模型进行自由模态工况搭建，计算前n阶的模态，再用后处理软件查看模态大小及振型，得到优化前的初始频率；

s4.定义目标值：

使车身或部件的模态频率避开激励频率防止共振，结合nvh性能设定合理的目标值；

s5.进行模型搭建：

在自由模态模型基础上搭建：

给模型配重：将备胎的重量以及行车工具的重量以mass点的形式均匀的分布在备胎坑内，将后备箱行李重量以mass点的形式均匀分布在备胎坑的平面位置；

定义约束：约束车身截取断面的全部自由度；

定义刚度工况：在备胎安装支架中心点处施加z向载荷；

定义强度工况:将adams分解出的强度工况下的载荷加载在底盘与后车身连接点处；

s6.进行形貌优化分析：

定义优化区域：选中需要优化的备胎坑区域；

定义起筋参数：设定加强筋的参数，起筋的最小的宽度设置为30mm大约为三个网格宽度，起筋角度设置为60°，起筋高度设置为10mm一个网格尺寸的高度；

设定对称：结合冲压工艺将起筋的模式设置为对称模式，以得到对称的形貌云图；

设定响应：将模态、刚度、强度工况设置对应的响应；

定义约束条件：将备胎坑在刚度、强度工况下的分析作为约束条件，并设置约束的上限值；

模型提交计算：所有参数设置完成后提交模型进行优化；

s7.对结果进行处理：

结合生产工艺的可行性和经验，对形貌优化后加强筋进行处理，优化后的加强筋利用工具将优化云图转化为曲面；

s8.再次对优化后的模型进行模态分析：

将优化后的模型再次进行自由模态分析，得到优化后结构模态的频率、振型；

s9.优化结果性能评估：

将优化前与优化后的模态振型、频率大小进行对比，若优化后的模态达到定义的目标值则完成分析，若优化后未达到定义的目标值则返回步骤s6继续进行形貌优化分析。

优选的，所述步骤s2中的截取的模型包括后地板、后地板横梁、后纵梁、后地板与底盘连接点。

优选的，所述步骤s3中的前n阶的模态为前20阶模态。

优选的，所述步骤s4中将一阶模态最大化设为目标值。

优选的，所述步骤s5中行李重量设置为40～60kg，z向载荷为200～400n。

优选的，所述步骤s5中采用的加载方式以三向合力的形式加载，fx、fy、fz以合力f加载，tx、ty、tz以合扭矩m加载，并将合力f与合扭矩m加载在一个载荷集中，每一个工况建立独立载荷集。

优选的，所述步骤s6中对称点为后地板与后围板搭接处的中心点。

优选的，所述步骤s6中设置一阶模态响应，响应的类型为频率，设置刚度工况下的响应，响应的类型为位移，设置强度工况下的响应，响应的类型为应力。

优选的，所述步骤s6中设置约束的上限值为刚度工况位移小于0.2，强度工况下应力值不超过100。

本发明的技术效果和优点：

本发明提供的一种备胎坑形貌的优化方法，本发明在模型截取时保留了后纵梁以及后地板与底盘连接的位置，更贴近汽车实际；进行模型搭建时将备胎及行车工具的重量、行李重量考虑进去并以mass点的形式均匀分布在对应位置；将颠簸、冲击等强度工况考虑进去，并将对应工况下adams载荷分解得到的六分力加载在底盘与后地板连接位置；将颠簸、冲击等强度工况以合力的形式加载在一个载荷集中；将一阶模态最大设置为目标值，将颠簸冲击的应力响应设置为约束条件。解决了单一工况下计算周期长、存在过盈设计、不同性能之间的相互制约现象，缩短了设计周期，提高了设计效率，综合考虑多种工况，将模态最大化设置成目标值，将行驶过程的冲击颠簸工况设置为约束条件，提高了后地板的刚度、强度和模态性能。

附图说明

图1为本发明的一种备胎坑形貌的优化方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种备胎坑形貌的优化方法，包括如下步骤：

s1.进行有限元模型搭建：

采用前处理软件进行有限元网格的划分，划分完有限元网格后定义模型材料、厚度、连接，建立车身结构有限元模型；

s2.截取仿真分析模型：

对模型规模进行截取，截取备胎坑及其周边件的局部结构有限元模型，截取的模型包括后地板、后地板横梁、后纵梁、后地板与底盘连接点，在截取模型的基础上保留了对备胎坑优化有影响的部分，在减小模型规模，缩短计算时间的同时，使模型更加贴近实际；

s3.进行自由模态计算：

对截取后的模型进行自由模态工况搭建，自由模态可以得到所有振型，计算前20阶的模态，再用后处理软件查看模态大小及振型，得到优化前的初始频率；

s4.定义目标值：

车身低阶模态频率大致在20～50hz，汽车在车轮上的振动频率及发动机在悬置上的振动频率等与车身低阶模态频率很接近，因此车身设计中应非常注重车身系统与其他系统的模态解耦，注意提高车身整体刚度和部件刚度，通过修改结构，使车身或部件的模态频率避开激励频率防止共振，结合nvh性能设定合理的目标值，将一阶模态最大化设为目标值；

s5.进行模型搭建：

在自由模态模型基础上搭建：

给模型配重：将备胎的重量以及行车工具的重量以mass点的形式均匀的分布在备胎坑内，将后备箱行李重量以mass点的形式均匀分布在备胎坑的平面位置，行李重量设置为50kg；

定义约束：约束车身截取断面的全部自由度；

定义刚度工况：在备胎安装支架中心点处施加300n的z向载荷；

定义强度工况:将adams分解出的强度工况下的载荷加载在底盘与后车身连接点处，采用的加载方式以三向合力的形式加载，fx、fy、fz以合力f加载，tx、ty、tz以合扭矩m加载，并将合力f与合扭矩m加载在一个载荷集中，每一个工况建立独立载荷集，方便后续目标定义；

s6.进行形貌优化分析：

定义优化区域：选中需要优化的备胎坑区域；

定义起筋参数：设定加强筋的参数，起筋的最小的宽度设置为30mm大约为三个网格宽度，起筋角度设置为60°，起筋高度设置为10mm一个网格尺寸的高度；

设定对称：车身后地板系统基本上是由钢板冲压成型并焊接在一起的薄壁式结构，结合冲压工艺将起筋的模式设置为对称模式，以得到对称的形貌云图，对称点为后地板与后围板搭接处的中心点；

设定响应：将模态、刚度、强度工况设置对应的响应，设置一阶模态响应，响应的类型为频率，设置刚度工况下的响应，响应的类型为位移，设置强度工况下的响应，响应的类型为应力；

定义约束条件：将备胎坑在刚度、强度工况下的分析作为约束条件，并设置约束的上限值，设置约束的上限值为刚度工况位移小于0.2，强度工况下应力值不超过100；

模型提交计算：所有参数设置完成后提交模型进行优化；

s7.对结果进行处理：

形貌优化的加强筋不能直接用于生产，需要对加强筋进行优化，得到适应生产和成本要求的结构，结合生产工艺的可行性和经验，对形貌优化后加强筋进行处理，优化后的加强筋利用工具将优化云图转化为曲面；

s8.再次对优化后的模型进行模态分析：

将优化后的模型再次进行自由模态分析，得到优化后结构模态的频率、振型；

s9.优化结果性能评估：

将优化前与优化后的模态振型、频率大小进行对比，若优化后的模态达到定义的目标值则完成分析，若优化后未达到定义的目标值则返回步骤s6继续进行形貌优化分析，可以通过调整颠簸、冲击工况下的最大应力值来加强后地板的结构。

综上所述：本发明提供的一种备胎坑形貌的优化方法，本发明在模型截取时保留了后纵梁以及后地板与底盘连接的位置，更贴近汽车实际；进行模型搭建时将备胎及行车工具的重量、行李重量考虑进去并以mass点的形式均匀分布在对应位置；将颠簸、冲击等强度工况考虑进去，并将对应工况下adams载荷分解得到的六分力加载在底盘与后地板连接位置；将颠簸、冲击等强度工况以合力的形式加载在一个载荷集中；将一阶模态最大设置为目标值，将颠簸冲击的应力响应设置为约束条件。解决了单一工况下计算周期长、存在过盈设计、不同性能之间的相互制约现象，缩短了设计周期，提高了设计效率，综合考虑多种工况，将模态最大化设置成目标值，将行驶过程的冲击颠簸工况设置为约束条件，提高了后地板的刚度、强度和模态性能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。